Modélisation, analyse et commande des grands systèmes électriques interconnectés, Modelling, analyzes and control of large-scale interconnected power systems
175 pages
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Description

Sous la direction de Henri Bourlès, Bogdan Marinescu
Thèse soutenue le 15 novembre 2010: École normale supérieure de Cachan
Cette thèse porte sur la modélisation, la réduction et la commande des grands systèmes électriques.En terme de modélisation et de réduction, l’objectif principal est de développer une méthode de réduction des modèles dynamiques des systèmes électriques. Cette réduction a pour objet de répondre à une situation particulière dans laquelle toutes les données du système à réduire ne sont pas connues.En terme de commande, l’objectif est la conception de commandes robustes coordonnées pour répondre aux nouvelles contraintes des grands systèmes électriques. Ces approches doivent respecter trois niveaux de coordination et deux nouvelles contraintes. Les trois niveaux de coordination concernent la prise en compte simultanée des oscillations électromécaniques interzones et locaux, la coordination de la synthèse de régulateurs pour plusieurs alternateurs, et la coordination du réglage des paramètres (gains et constantes de temps) des régulateurs de tension (les boucles stabilisatrices PSS) avec le réglage des paramètres des régulateurs de turbine des alternateurs. Les contraintes sont liées à la stabilité et la robustesse des régulateurs proposés.
-Réduction des modèles dynamiques
-Réalisation équilibrée
-Commandabilité/observabilité
-Cohérence synchronie standard et synchronie par rapport à une forontière
-Réglage des paramètres des PSS (power system stabilizer)
-Coordination
-Robustesse
-Optimisation/identification fréquentielle
This thesis concerns modeling, reduction, and control of large-scale interconnected power systems. In modeling and reduction term, the main objective is to develop a new method to construct low-order model or dynamic equivalent of a large-scale power system. This method must be used to reduce a power system models even when information of the whole power system is not completely available. In control term, the objective is the synthesis of coordinated and robust controller for large scale power systems. These new approaches have to respect three coordinated levels and two new constraints. The Three coordinated levels concern: simultaneous damping of the electromechanical inter-area and local modes, coordinated synthesis of several alternator regulators and coordinated tuning of parameters of Standard Power Stabilizer (PSS) and speed regulators. The constraints are related to the stability and the robustness of the proposed regulators.
Source: http://www.theses.fr/2010DENS0033/document

Sujets

Informations

Publié par
Nombre de lectures 89
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Extrait



ENSC-2010(n° 246)



THESE DE DOCTORAT
DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN


Présentée par

Monsieur MALLEM BADIS

pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN

Domaine :
Electronique-Electrotechnique-Automatique

Sujet de la thèse :
MODELISATION, ANALYSE ET COMMANDE DES GRANDS
SYSTEMES ELECTRIQUES INTERCONNECTES

Thèse présentée et soutenue à Cachan le 15 Novembre 2010 devant le jury composé de :

H. ABOU-KANDIL PROFESSEUR Président
J . L. THOMAS PROFESSEUR Rapporteur
D. GEORGES PROFESSEUR Rapporteur
L . R. ROUCO PROFESSEUR Examinateur
S. HENRY INGENIEUR-CHERCHEUR RTE Invité
H. BOURLES PROFESSEUR Directeur de thèse
B. MARINESCU PAST SATIE-ENS CACHAN Co-directeur de thèse
ET INGENIEUR-CHERCHEUR RTE


Nom du Laboratoire ……………………
ENS CACHAN/CNRS/UMR ………..
61, avenue du Président Wilson, 94235 CACHAN CEDEX (France)
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011Je d´edie ce modeste travail `a ma ch`ere Maman, `a mon Papa et a`
ma petite soeur Karima
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011VI
Remerciements :
De fa¸con sinc`ere, je tiens `a remercier :
Monsieur S´ebastien HENRI, Chef de groupe Fonctionnement Dynamique
et Madame Marie-Pierre Bongrain, Chef de d´epartement M´ethode et Appuis
de la soci´et´e RTE, pour leur accueil et pour les moyens mis `a ma disposition.
´Monsieur Hisham ABOU-KANDIL, Professeur `a l’Ecole Normale Sup´e-
rieure de Cachan, pour avoir accept´e de pr´esider le jury de cette th`ese.
Monsieur Didier GEORGES, Professeur a` Grenoble INP (Grenoble Insti-
tute of Technology) et Monsieur Jean-Luc THOMAS, Professeur Titulaire de
Chaire et Directeur du D´epartement Ing´enierie des Syst`emes M´ecaniques et
´Electriques au Conservatoire National des Arts et M´etiers, qui ont accept´e,
malgr´e leurs nombreuses occupation, d’ˆetre rapporteurs de cette th`ese.
MonsieurLuisRouco,Professeur`al’InstitutodeInvestigaci´onTecnologi´ ca
`a Madrid, qui m’a fait l’honneur de participer au jury.
MonsieurBogdanMARINESCU Professeurassoci´eauLaboratoireSATIE
´de Ecole Normale Sup´erieure de Cachan et Ing´enieur/Chercheur au D´eparte-
ment M´ethode et Appuis de RTE et Monsieur Henri BOURLES, Directeur de
Laboratoire d’Automatique Industriel au Conservatoire National des Arts et
M´etiers, les maitres qui ont dirig´e mon travail et qui m’ont fait d´ecouvrir le
monde de la recherche. L’excellence de leur encadrement a contribu´e au bon
d´eroulement de cette th`ese, ce qui m’a permis de progresser dans des bonnes
conditions.
Monsieur Mohamed Benchikh El Fegoun, pour son soutient sa disponibi-
lit´e, ces conseils et ses encouragements permanents. Je tiens `a lui exprimer
toute ma profonde gratitude.
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011Table des mati`eres
1 Introduction g´en´erale...................................... 1
1.1 Le contexte g´en´eral de cette th`ese ......................... 1
1.2 Les grands axes de la th`ese ............................... 2
1.3 Organisation du manuscrit................................ 4
2 Mod´elisation des grands syst`emes´electriques interconnect´es 7
2.1 Introduction ............................................ 8
2.2 Mod´elisation pour la simulation ........................... 9
2.2.1 Mod´elisation de la machine synchrone................ 9
2.2.2 Mod´elisation des charges ........................... 18
2.2.3 Mod´elisation du r´eseau de transport ................. 21
2.2.4 Mod´elisation du r´egulateur de la vitesse .............. 24
2.2.5 Mod´elisation de la r´egulation de tension.............. 25
2.2.6 Le mod`ele d´etaill´e d’un syst`eme ´electrique pour la
simulation........................................ 26
2.2.7 Mod`ele simplifi´e d’un syst`eme ´electrique pour la
simulation........................................ 31
2.3 Mod´elisation pour l’analyse en approximation lin´eaire........ 32
2.3.1 Mod`ele d´etaill´e pour l’analyse modale................ 32
2.3.2 Mod`ele simplifi´e pour l’analyse modale............... 34
2.4 Mod´elisation pour la commande en tension ................. 41
2.4.1 Mod`ele de commande .............................. 41
2.4.2 Construction du mod`ele de commande ............... 42
3 Analyse des grands syst`emes ´electriques interconnect´es.... 49
3.1 Introduction ............................................ 50
3.2 Ph´enom`enes dynamiques transitoires....................... 51
3.3 La stabilit´e dans la th´eorie des syst`emes.................... 53
3.3.1 Stabilit´e au sens de Lyapunov....................... 53
3.3.2 Analyse de la stabilit´e ............................. 54
3.4 Stabilit´e des syst`emes ´electriques .......................... 58
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011VIII Table des mati`eres
3.4.1 Le temps critique (ou temps limite d’´elimination de
d´efaut)........................................... 61
3.5 Analyse modale ......................................... 63
3.5.1 D´ecomposition modale de la r´eponse d’un syst`eme
lin´eaire........................................... 63
3.5.2 Portrait de phase.................................. 65
3.5.3 Facteur de participation............................ 66
3.5.4 Modes d’oscillations ´electrom´ecaniques des grands
syst`emes ´electriques interconnect´es .................. 67
3.5.5 Sensibilit´e d’une valeur propre par rapport `a un
param`etre ........................................ 67
3.5.6 Sensibilit´e d’une valeur propre d’un syst`eme en boucle
ferm´ee ........................................... 68
3.5.7 L’analyse modale selective.......................... 69
4 R´eduction des mod`eles dynamiques des grands syst`emes
´electriques interconnect´es.................................. 71
4.1 Introduction ............................................ 72
4.2 R´eduction des mod`eles dynamiques ........................ 73
4.2.1 La r´eduction dans la th´eorie des syst`emes ............ 73
4.2.2 R´eduction des mod`eles des syst`emes ´electriques ....... 76
4.3 La synchronie du point de vue de la th´eorie des syst`emes ..... 84
4.3.1 Syst`emes g´en´eralis´es ............................... 84
4.3.2 La synchronie exacte et la perte de la commandabilit´e . 88
4.3.3 La synchronie exacte et la perte d’observabilit´e........ 90
4.3.4 La synchronie exacte et le mode fr´equence............ 91
4.3.5 La synchronie approximative et la perte de
commandabilit´e et d’observabilit´e ................... 93
4.4 M´ethodes de r´eduction des mod`eles dynamiques ............. 95
4.4.1 Objectifs de la r´eduction et choix du noyau ν ......... 95
4.4.2 R´eduction des mod`eles ............................. 99
4.4.3 Synth`ese de la proc´edure de la r´eduction .............103
4.5 Applications ............................................104
4.5.1 Equivalent dynamique pour les ´etudes journali`eres de
la s´ecurit´e de RTE.................................104
4.5.2 R´eduction des mod`eles dynamiques pour les ´etudes
d’interconnexion ..................................112
5 Commandedesgrandssyst`emes´electriquesinterconnect´es
pour amortir les oscillations ...............................117
5.1 R´eglage coordonn´e et robuste des param`etres des PSS........118
5.1.1 Probl´ematique ....................................118
5.1.2 Approche g´en´erale.................................120
5.1.3 Principe des PSS ..................................121
5.1.4 M´ethodologie .....................................123
tel-00557829, version 1 - 20 Jan 2011Table des mati`eres IX
5.1.5 Application.......................................130
5.2 R´eglage coordonn´e et robuste des param`etres des PSS et des
r´egulateurs de vitesse ....................................136
5.2.1 Probl´ematique ....................................136
5.2.2 Approche g´en´erale.................................137
5.2.3 M´ethodologie .....................................137
5.2.4 Validation en grande taille..........................141
6 Conclusion g´en´erale .......................................145
6.1 R´ecapulatif des r´esultats obtenus ..........................145
6.2 Possibilit´es de d´eveloppements ult´erieurs de l’´etude ..........146
Bibliographie ..................................................149
Annexe A : Etude du syst`eme ´electrique europ´een.............155
7.1 Descriptif du syst`eme ´electrique europ´een...................155
7.2 Analyse modale du syst`eme ´electrique europ´een .............156
7.3 La m´ethode de r´eduction ”synchronie par r

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